CN102508092A - 不依赖于gps对时的at接触网故障类型和方向的判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速电气化铁路AT牵引供电系统接触网故障的短路类型和方向判别的方法。此种方法不需要依赖GPS对时来保证同一供电臂上各测距装置数据的同步，靠T线和F线电流的有效值来判断故障类型和方向，无需电流角度参与计算，判别方法简单易行，故障类型和故障方向的准确判断使得故障点的状况更为详细，为铁路供电维修部门有效地缩短了故障排除时间，对及时恢复供电至关重要。在目前高速铁路里程日益增多的背景下，本发明必将创造良好的经济效益。

Description

不依赖于GPS对时的AT接触网故障类型和方向的判别方法

技术领域

本发明属于高速电气化铁路AT牵引供电系统领域。该发明创造涉及采用并联自耦变压器(AT)供电方式的电气化铁路接触网故障的各种短路类型和方向判别。

背景技术

AT供电方式的电气化铁路接触网作为高速电气化铁路牵引供电系统的重要部分，对铁路运输供电安全稳定运行起着举足轻重的作用。由于采用受电弓滑动取流，接触网故障概率非常高。接触网线路故障大致可分两种：瞬时性故障和永久性故障。瞬时故障可通过重合闸可恢复供电，但故障点往往是薄弱点，需尽快找到加以处理，以免再次故障发展成永久性故障而危及牵引供电系统的安全稳定运行。当永久故障时，则需迅速查明故障并及时排除，排除故障时间的长短直接影响到供电系统送电时间和运输安全。排除时间越长，则停电所造成的经济损失越大。因此，故障测距短路点的定位、短路类型和故障方向的准确确定，不仅对及时修复线路和保证可靠供电至关重要，而且对铁路运输安全和经济运行都有十分重要的作用。 

目前在国内高速电气化铁路上主要应用的为天津凯发研制的DK3571A/B型故障测距装置、交大许继研制的TDWG-1C型故障测距装置等。现有AT故障测距系统都采用吸上电流比原理来实现故障点距离的测定，但是目前存在以下问题：

问题1、吸上电流比原理是采用故障点两侧所亭的AT自耦变的吸上电流大小来进行故障点的测定的，故障点两侧的吸上电流必须是在故障后同一时刻的值，各测距装置的数据同步依靠GPS对时来实现。无论是采用内置GPS插件还是外置GPS对时系统，当出现GPS天线异常时，必然影响故障点的定位。

问题2、由于AT供电方式下上行和下行接触网线路阻抗等参数相同，所以当故障出现时，变电所处采集的上行线路接触线（T线）电流IT1和正馈线（F线）电流IF1与下行线路的T线电流IT2和F线电流IF2分别相等，无法判断故障方向在上行还是下行线路、而且也无法判断故障类型是T线对钢轨（T-R故障）还是F线对钢轨（F-R故障）还是T线对F线故障（T-F故障）。

问题3、有厂家采用故障点两侧所亭的上下行并联线上的T线和F线电流矢量差                                                的方向来判定故障方向，但由于目前高速电气化铁路的AT所和分区所的主接线在上下行并联线上未安装电流互感器（如图1），所以这个方法也无法实现故障方向的准确判断。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上AT线路测距系统存在的缺陷，提出了一种新型的不依赖于GPS对时的高速电气化铁路接触网短路类型和短路方向判别方法，包括以下内容：

1、采用故障时刻接触网线路上各测距装置采集的T线和F线之间的电压差同时发生突变这个特征做为同一供电臂上各测距装置数据采集同步的依据。

2、当故障发生在AT所和分区所之间时，采用AT所和分区所采集的上行T线电流、上行F线电流、下行T线电流和下行F线电流的有效值来判断故障类型是T-R、F-R还是T-F故障，以及故障方向是上行线路方向还是下行线路方向。

本发明具有如下的有益效果：本发明公开了一种不依赖于GPS对时的高速电气化铁路接触网故障类型和故障方向的判别方法，该方法简单可靠，保证了线路上各测距装置故障时刻的数据同步，靠T线和F线电流的有效值来判断故障类型和方向，无需电流角度参与计算，故障类型和故障方向的准确判断使得故障点的状况更为详细，为铁路供电维修部门有效地缩短了故障排除时间，对及时恢复供电至关重要。

附图说明

图1 为现有技术中高速电气化铁路AT所的典型主接线图。

图2 为本发明实施例的高速电气化铁路AT所和分区所之间发生T-F短路故障时线路电流示意图。

图3 为本发明实施例的高速电气化铁路AT所和分区所之间发生F-R短路故障时线路电流示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。附图和具体实施方式并不限制本发明要求保护的范围。

吸上电流比原理是采用故障点两侧所亭的AT自耦变的吸上电流大小来进行故障点的测定的，故障点两侧的吸上电流必须是在故障后同一时刻的值。当线路发生短路故障时，无论短路点在何处，变电所、AT所和分区所的T线和F线电压均会由27.5KV突然降低，发明人采用这个特征来保证线路上各测距装置采集的故障时刻数据的同步。具体实现方法是：可以在各装置上设置电压突变量的定值，当装置采集的电压突变量满足定值条件时，延时一个时间定值，躲过线路暂态过程后，采集此时的AT吸上电流等数据，此时采集的数据必然是同步的。

下面结合附图2和附图3对AT供电线路故障类型和故障方向判别方法进一步描述：

当接触网在AT所和分区所之间发生短路故障时，第一个网孔区段即变电所到AT所之间的回路电压方程如下：

                    （式1）

其中

、

、

分别为T线、钢轨和F线的自阻抗，

、

、

分别为三者的互阻抗。

根据变电所处变压器二次侧的电流平衡有如下公式：

                                              （式2）。

由于上行线路和下行线路的T线、F线和钢轨阻抗和长度相同，变电所处的变压器为单相变压器，当故障发生在AT所和分区所之间时，变电所处变压器的吸上电流很小，变压器的漏抗对T线和F线电压的影响很小，所以T线对钢轨R的电压和钢轨R对F线的电压近似相等

，因此有如下角度关系：

,

                            （式3）。

根据式1、式2和式3可以得到变电所处上下行线路的T线、F线电流有如下关系：

，

                                           （式4）。

由上述推导可见单纯靠变电所处的T线、F线电流以及吸上电流是无法判别线路上出现短路时的故障方向。可以采用AT所和分区所采集的T线电流来判断故障在上行还是下行线路上，下面对T-F短路、T-R/F-R短路时的故障类型和方向判别方法做详细的描述。

一、T-F类型短路故障

短路类型为T-F故障时（如附图2），故障点在下行线路上时，考虑到AT自耦变压器的漏抗，AT所和分区所之间的网孔电压方程如下：

（式5）。

由式5可得到

，

          （式6）。

对AT所和分区所的自耦变压器有如下公式：

  

                               （式7）。

由式6、7可以推导出

                                           （式8）。

同理可以推导出

  

                （式9）。

又因为故障类型为T-F线短路，AT自耦变的漏抗很小，

的值很小，一般在几百安左右，由此可得出结论：当故障点在上行线路上时，

；反之当故障点在下行线路上时，

。可以根据此特征来判别AT所和分区所之间发生T-F短路时的线路故障方向。

二、T-R和F-R类型短路故障

短路类型为F-R故障时（如附图3），故障点在下行线路上时，考虑到AT自耦变压器的漏抗，AT所和分区所之间的网孔电压方程如下：

  （式10）。

由式10可得到

，

 ，

       （式11）。

对AT所和分区所的自耦变压器有如下公式：

  

                                （式12）。

由式11、12可以推导出

                                                      （式13）。

同理可以推导出

  

                 （式14）。

从式14可以看出故障点两侧的AT所和分区所的AT吸上电流之和

，又由于变电所处吸上电流

很小，与

近似相等，则

。当X<D/2时，即故障点位于AT所到分区所之间区段的前半段时，令

，此时故障类型为F-R故障，故障方向在下行线路上

；同理可以得出,当故障类型为T-R故障，故障方向在上行线路上时有

成立；当故障类型为F-R故障，故障方向在上行线路上时有

成立；当故障类型为T-R故障，故障方向在下行线路上有

成立；

反之，当X>D/2时，故障点位于AT所到分区所之间区段的后半段时，令

，若

,则故障类型为T-R故障，故障方向在上行线路上；若

,则故障类型为F-R故障，故障方向在上行线路上；若

,则故障类型为T-R故障，故障方向在下行线路上；若,则故障类型为F-R故障，故障方向在下行线路上。

以上故障类型和故障方向判别方法已经成功应用于沪宁城际、京沪高铁等多条高速电气化线路，被证实切实、有效，并创造了良好的经济效益。

以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种不依赖于GPS对时的AT牵引供电系统接触网的故障类型和方向判别的方法，其特征在于：不需要依赖GPS对时来保证同一供电臂上各测距装置数据的同步。

2.根据权利要求1所述的故障类型和方向判别的方法，其特征在于：所述不需要依赖GPS对时，采用同一供电臂上各测距装置采集的T线和F线电压的突变来保证故障时刻AT吸上电流、T线、F线电流的同步采集。

3.根据权利要求2所述的故障类型和方向判别的方法，其特征在于：采用故障时刻接触网线路上各测距装置采集的T线和F线之间的电压差同时发生突变之特征做为同一供电臂上各测距装置数据采集同步的依据。

4.根据权利要求3所述的故障类型和方向判别的方法，其特征在于：采用故障点两侧所亭的T线和F线电流的有效值大小来判别故障类型和方向。

5.根据权利要求4所述的故障类型和方向判别的方法，其特征在于：当故障发生在AT所和分区所之间时，采用AT所和分区所采集的上行T线电流、上行F线电流、下行T线电流和下行F线电流的有效值来判断故障类型是T-R、F-R还是T-F故障，以及故障方向是上行线路方向还是下行线路方向。

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